变径提升管反应器扩径段内气固流动特性研究

在变径提升管冷模装置上,以空气和催化裂化平衡剂为介质,考察了颗粒浓度的轴径向分布情况,并对扩径段内的微观流动特性进行了分析。结果表明,变径提升管内颗粒浓度整体上呈“上稀下浓”的分布形式,且沿轴向高度径向不均匀指数逐渐减小。与传统提升管底部相比,扩径段内颗粒浓度及间歇性指数显著增大,且沿径向分布更均匀,说明气固作用力显著增强,并且气固微观流动行为沿径向变化梯度减小。气固微观流动行为受反应器结构影响显著,变径提升管扩径段内气固流动行为类似湍流床,颗粒浓度波动幅度大,频率高,稀相和浓相分布相对均匀,有利于强化气固两相的接触及混合过程。     

扩径段参数对变径提升管内气固流动的影响

在内径20mm、高3m的提升管冷模装置上对变径结构提升管内部固体颗粒分布情况进行了研究。实验结果表明,提升管扩径段的底部锥角主要对扩径段下部的催化剂浓度和颗粒返混产生影响,60°左右的底部锥角可以减小催化剂的返混,达到较高的固含率,并控制合适的停留时间。选择较小的顶部锥角既可以减小因近边壁处与顶部锥角直接碰撞而发生滑落造成的催化剂返混,又可以实现缩径段催化剂的短停留时间。相对其它角度,60°的顶部锥角可以得到较为均匀的催化剂径向分布。扩径段的高度对扩径段内固含率的影响较为显著。当扩径段高度日与扩径段的直径D之比值在8左右时,既能实现300～400kg／m^3左右的催化剂密度,又能减小返混。     

变径提升管内颗粒流动特性的研究

采用提升管冷模实验装置,对40mm/20mm和24mm/12mm两种变径提升管和一种20mm单一直径提升管内的颗粒流动特性进行实验。考察了颗粒循环速率(Gs)和气速对变径提升管平均固含率(εs)和截面平均颗粒速度(Up)的影响。实验结果表明,采用变径提升管可改变固含率(εs)和Up分布;40mm/20mm变径提升管扩径段εs保持在0.1～0.3之间;提高Gs或降低气速,截面径向各点的εs都增大。提高Gs会导致Up增大。增大气速对扩径段Up的影响不明显,但会明显提高缩径段的Up。40mm/20mm提升管扩径段εs达到0.20以上,比24mm/12mm提升管扩径段的εs提高30%。相同气速和Gs下,40mm/20mm提升管扩径段底部的εs达到0.25,是20mm提升管的2～3倍。     

内构件对高密度提升管颗粒浓度分布的影响

为改善工业高密度提升管反应器内颗粒浓度径向的不均匀分布 ,对加设钝体式内构件的提升管内颗粒浓度分布规律进行研究。试验结果表明 :由于钝体对回流颗粒的阻截 ,使床层底部颗粒浓相区的平均颗粒浓度有所下降 ,但对颗粒循环量没有影响。与传统提升管相比 ,颗粒浓度的径向分布变得均匀 ,在一些轴向位置甚至出现中心颗粒浓度高而边壁低的分布 ;钝体的约束使颗粒的湍动程度增加     

内构件对提升管内气固流动特性影响的研究进展

提升管内气固沿轴径向分布不均匀的固有特性是影响气固接触效率及反应选择性的重要因素。本文就内构件对于提升管内气固轴径向的浓度分布、颗粒的混合及传热行为的实验研究工作进行了综述,不同研究者的研究结果表明,适宜的内构件能够改善提升管内气固分布状态,提高气固混合及传质传热效果,有利于提高反应速率和选择性。     

提升管反应器不同喷嘴角度的气固流动特性研究

在大型循环流化床冷态模拟试验装置上对喷嘴与提升管竖直方向的不同夹角进行了考察。对3种不同夹角结构下的颗粒浓度轴径向分布、瞬时颗粒浓度信号以及概率密度进行了分析研究，结果表明：在预提升段和输送段3种结构并无明显差别，颗粒浓度以及瞬时信号波动的差别主要集中在喷嘴上方附近区域；相比于传统等径提升管而言，变径提升管内床层固含率增加，颗粒浓度分布更加均匀，颗粒浓度梯度减小，有利于气固两相的混合与接触；在变径提升管内，随着喷嘴角度的增大，气体在整个截面上的扩散速度增加，径向分布更加均匀，气固分离现象得到了有效抑制，气固湍动剧烈，接触效率较高。     

催化裂化提升管内气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型及颗粒动力学理论对Y型提升管内的气固两相流动进行了三维数值模拟研究。分析了提升管内的气固流动特征,比较了不同表观气速和不同颗粒循环量下提升管内的运动特性。研究结果表明,提升管内存在典型的非均匀流动特点,固含率轴向分布为单调递减分布,径向分布为典型的环核流动结构,表观气速和颗粒循环量对提升管内的流动有重要影响。     

不同曳力模型对提升管内气固流动特性的影响

在考虑稠密气固两相流中颗粒具有非均匀流动特性的情况下,提出了基于颗粒团聚效应的气固相间曳力模型,数值模拟循环流化床提升管内气固两相的流动特性。模拟计算时考虑气固相间的作用力,壁面处气相采用无滑移边界条件,固相采用考虑颗粒与壁面的碰撞和颗粒与壁面的简单摩擦作用的壁面边界条件。结果表明,考虑颗粒团聚效应的曳力模型能很好地反映提升管内气固两相流动特性,模拟结果比应用Gidaspow曳力模型的计算结果更接近文献[16]的试验结果。     

内置输送管对提升管内局部气固流动特性的影响

在大型循环流化床冷态模拟实验装置上,以常温空气为流化介质,考察了内置输送管对新型预提升结构内的局部气固流动规律的影响。通过瞬时颗粒浓度信号在该区域的轴径向上的变化规律以及整体颗粒浓度分布规律。     

变径结构提升管反应器内颗粒流动特性的研究

在内径为12 mm的提升管反应器冷模试验装置上对变径提升管反应器内部固体颗粒的浓度和速度进行了试验研究.试验结果表明,采用变径结构的催化裂解多产低碳烯烃提升管反应器,可以改变其内部催化剂颗粒的浓度及速度分布,提高其反应区上部的颗粒速度,同时降低二次反应的发生;与相同直径的传统结构提升管反应器相比较,底部反应区的颗粒浓度和速度径向分布更加均匀;该变径结构在有利于实现大剂油比操作和减少二次反应发生的同时,可使催化剂颗粒与油气混合更加均匀,从而使得催化剂颗粒与油气更加充分均匀地进行接触,为催化裂解多产低碳烯烃创造更加有利的条件.     

新型变径提升管冷模实验研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在新型变径提升管冷模实验装置上考察了不同的操作条件对固体循环量及颗粒浓度轴径向分布的影响,并描述了扩径段内的流动结构。结果表明：固体循环量随着表观气速的增大而增大,随着伴床料位高度的增加而增大,且在改变进气比例时,循环量随着预提升气占比的增加而增大;与传统提升管相比,该新型结构提升管内部存在多种流型且扩径段内固含率有明显增加,底部扩径段内为密相湍流形态,固含率为0.3~0.4,上部等径段为稀相气力输送形态,固含率无明显变化,为0.05~0.1。新型变径提升管对斜管下来的催化剂起到了重新分配的作用,抑制了传统的“环-核”流动,使颗粒浓度径向分布更加均匀。     

气液并流上流式反应器中的气泡特性研究

在冷模试验装置中对气液并流上流式反应器中的气泡特性进行了研究,考察了气体流量和液体流量对气泡Sauter平均直径、气泡上升速率和床层压降的影响。结果表明：气泡平均直径和气泡上升速率均随气体流量的增大和液体流量的减小而增大;气泡直径分布和气泡上升速率分布均沿反应器径向先增大后减小;床层压降随气体流量的增大而先增大后减小,但受液体流量的影响不显著。通过对试验数据进行无量纲分析,提出了气泡Sauter平均直径与液相雷诺数、气相雷诺数的关系式,结果表明该式能较好地预测气泡Sauter平均直径。     

催化裂化提升管预提升段气固两相流动特性的研究

针对工业上催化裂化提升管预提升段的实际操作条件，在高 １４ ｍ 、直径 １８６ ｍ ｍ 的有机玻璃提升管上对轴向、径向密度及速度分布进行冷态试验，根据得到的一系列试验数据，将整个预提升段分为混合加速区、均匀加速区、充分发展区。通过理论分析得到简化计算模型，确定了平均空隙率与下滑速度、轴向位置之间的关系。     

多层进气提升管扩径预提升段流动特性研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在多层进气底部扩径提升管冷模实验装置上,考察了不同操作条件对预提升段内颗粒浓度轴径向分布、概率密度分布及气固接触效率的影响,结果表明：对比预提升段不同轴向区域气固流动特性可以发现,在底部入口区和上部缩颈区,流动行为受气体影响较大,颗粒浓度、径向分布均匀性及气固接触效率降低,中部发展区气固接触效率较高,颗粒浓度的分布效果较好。同时与传统等径预提升结构相比,扩径预提升段内气固流动行为类似于湍动床,颗粒浓度显著提高,径向颗粒浓度分布的均匀性得到明显改善,气固分离现象得到有效抑制,气固湍动剧烈,接触效率高,有利于强化气固两相的接触和混合过程。     

双循环流化床提升管中气固流动特性及接触效率研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在新型双循环流化床冷态模拟装置上,考察了单、双侧下料结构、双路循环颗粒循环速率比例对提升管内气固流动状态的影响,并提出了一种新的气固接触效率的定义。结果表明：单、双侧下料结构的不同对提升管内颗粒浓度的分布影响不大,其差异主要体现在提升管预提升区和底部反应区;双侧下料时的颗粒浓度径向分布均匀性明显优于单侧下料,且两路颗粒循环速率越接近,颗粒浓度径向分布越均匀,轴对称性越好,气固接触效率越高;降低表观气速或增大颗粒循环速率均有利于提高气固接触效率。     

循环流化床回路颗粒过阀压差脉动特性及对提升管内压力脉动的影响

在循环流化床冷模实验装置上,分别调节提升管内表观气速和回料管上阀门开度,测量并分析了颗粒过阀压差脉动特性及其对提升管内压力脉动的影响。结果表明:随着提升管内表观气速的降低或阀门开度的增加,颗粒过阀依次会呈现股状出料和连续出料两种形式;股状出料时颗粒过阀的压差脉动标准偏差较大,呈单主频特性,主频在0.35 Hz左右;连续出料时颗粒过阀的压差脉动标准偏差相对较小,呈双主频特性,分别对应0.35Hz和2.5Hz左右,其中2.5Hz主频能量相对较大。颗粒过阀压差脉动直接影响提升管内压力脉动行为,在提升管下部较为明显,提升管内压力脉动主频与颗粒过阀压差脉动主频分布相同。     

新型烷基化反应器结构优化及其中液滴分布规律的实验研究

 采用双电导探针测定了不同实验条件下新型烷基化反应器中物料的液滴直径. 反应器的结构参数对液滴直径有较大影响, 优化后, 反应器上升管高度与内径之比φ=8、喷嘴出口平面高度z=0.49m。研究发现，反应器可以分为４个流动区域，即预混区、混合区、环流区及分离区。考察了水相表观进料速率u_a、油相通过喷嘴喷入反应器的表观进料速率u_b和油相通过分配管喷入反应器的表观速率u_c等操作参数对各区域内的液滴直径分布的影响。各区域内的液滴大小各不相同，但都具有中心区域油滴直径小、近壁区域油滴直径大的分布特点。在本实验范围内，分别增大u_a、u_b和u_c，各区油滴直径随之减小；但当u_c>0.011m/s时, 油滴直径会随之增大.